Pile 1) Indicare gli schemi dei semielementi formati dalle seguenti

Pile
1) Indicare gli schemi dei semielementi formati dalle seguenti semicoppie redox e scrivere la
corrispondente equazione di Nernst:
a) 2H3O+ + 2e-  H2 (g) + 2 H2O
c) O2(g) + 4 H3O+ + 4e-  6 H2O
b) Al3+ + 3e-  Al(s)
d) MnO4- + 5e- + 8 H3O+  Mn2+ + 12 H2O
2) Calcolare il potenziale dei seguenti semielementi:
a) Pt SnCl2 0,10 M, SnCl4 0,010 M
E°Sn4+/Sn2+ = 0,13 V
b) Ni NiCl2 0,010 M
E°Ni2+/Ni = -0,25 V
c) Ni NiS (sol. satura)
E°Ni2+/Ni = -0,25 V
Kps NiS = 1,0 x10-22
3) Calcolare la f.e.m. delle seguenti pile:
a) FeFe2+ 0,10 M  Fe2+ 0,50 M; Fe3+ 0,050 M Pt
E°Fe2+/Fe= -0,44 V
E°Fe3+/Fe2+ = 0,80 V
b) Pt (H2 p = 1,0 atm)  H2SO4 0,050 M  AgNO3 0,10 MAg
E°Ag+/Ag = 0,80 V
c) Pt (H2 p = 2,0 atm)  CH3COOH 0,10 M  AgCl(sol. satura) Ag
E°Ag+/Ag = 0,80 V
Ka= 1,8 x10-5
Kps AgCl = 1,5 x10-10
d) SnSnCl2 0,10 M  K2Cr2O7 0,040 M; Cr2(SO4)3 0,050 M; H2SO4 0,40 M  Pt
E°Sn2+/Sn = -0,14 V E° Cr2O72-/ Cr3+ = +1,33 V
e) Pt (H2 , P = 2,0 atm)  pH = 5  KCl 0,10 M(Cl2 P= 2,0 atm) Pt
E°Cl2/Cl- = +1,36 V
f) Ni Ni(NO3)2 0,20 M  AgCl (sol. satura), NaCl 0,10 M  Ag
E°Ni2+/Ni =-0,25 V
E°Ag+/Ag =0,80V
Kps AgCl = 1,6 x10-10
g) Pt (H2 P=1,0 atm) pH=5,0  KMnO4 0,10 M; MnSO4 0,010 M; pH=1,0  Pt
E°MnO4-/Mn2+ = +1,51 V
4) Calcolare quale deve essere la concentrazione dello ione Ag+ perché la f.e.m. della pila sia pari a
zero, sapendo che E°Fe+3/Fe+2 = 0,74 V; E°Ag+/Ag = 0,80 V.
Pt | [Fe+3] =[Fe+2] = 0,10 M || [Ag+] = x | Ag
5) La forza elettromotrice della seguente pila a concentrazione:
Ag  AgBr (sol. satura); KBr 0,10 M  AgNO3 0,10 M  Ag
è pari a 0,605 V. Calcolare la solubilità ed il prodotto di solubilità del bromuro di argento.
6) La f.e.m. di una pila costituita da due elettrodi ad idrogeno di cui uno è immerso in una soluzione
tampone a pH 5 e l’altro in una soluzione incognita è pari a 0,085 V.
Pt (H2 p = 1,0 atm) pH = x  pH = 5,0  (H2 p = 1,0 atm) Pt
Determinare il pH della soluzione incognita.
7) A 25° C, la seguente pila ha una f.e.m. di 0,569 V:
Ni Ni2+ 0,250M  Cu2+ 0,050 M Cu
Calcolare la costante di equilibrio della reazione di ossidoriduzione che si instaura in tale pila.
(R = 0,0821 atm.l.K-1= 8,31 J .K-1 F= 96500 C)
Soluzioni
1) Indicare gli schemi dei semielementi formati dalle seguenti semicoppie redox e scrivere la
corrispondente equazione di Nernst:
[H O  ]2
0,059
a) 2 H3O+ + 2e-  H2 (g) +2 H2O
Pt (H2 (g)) H3O+
EH3O+/H2=
log 3
2
PH 2
b) Al3+ + 3e-  Al(s)
AlAl3+
EAl3+/Al = E°Al3+/Al +
c) O2(g) + 4 H3O+ + 4e-  6 H2O
EO2/ H2O = E°O2/ H2O +
Pt (O2 (g)) H3O+
0,059
log(P O2[H3O+]2)
4
d) MnO4- + 5e- + 8 H3O+  Mn2+ + 12 H2O
0
EMnO / Mn2  EMnO


/ Mn2
4
0,059
log [Al3+]
3
4
Pt  MnO4-, Mn2+, H3O+
[ MnO4 ][H3O  ]8
0,059
log
5
[ Mn 2 ]
2) Calcolare il potenziale dei seguenti semielementi:
a) Pt SnCl2 0,10 M, SnCl4 0,010 M
Sn4+ + 2e-  Sn2+
ESn4+/Sn2+ = E°Sn4+/Sn2+ +
b) Ni NiCl2 0,010 M
Ni2+ + 2e-  Ni
c) Ni NiS (sol. satura)
E°Sn4+/Sn2+ = 0,13 V
[Sn 4 ]
0,059
0,059
0,01
log
= 0,13 +
log
= 0,10 V
2
2
2
0,1
[Sn ]
E°Ni2+/Ni = -0,25 V
ENi2+/Ni = E°Ni2+/Ni +
0,059
0,059
log[Ni2+] = -0,25+
log0,01 = 0,31 V
2
2
E°Ni2+/Ni = -0,25 V
NiS(s)Ni2+(aq)+S2-(aq)
Kps= [Ni2+][S2-]=s2
Ni2+ + 2e-  Ni
ENi2+/Ni = E°Ni2+/Ni +
[Ni2+] = s =
Kps NiS = 1,0 x10-22
K ps  10 22 =10-11M
0,059
0,059
log[Ni2+] = -0,25+
log10-11= 0,575 V
2
2
3) Calcolare la f.e.m. delle seguenti pile:
a) FeFe2+ 0,10 M  Fe2+ 0,50 M; Fe3+ 0,050 M Pt
E°Fe2+/Fe= -0,44 V
Polo +
E°Fe3+/Fe2+ = 0,80 V
Fe3+ + e-  Fe2+
E+= EFe3+/Fe2+ = E°Fe3+/Fe2+ +0,059log
Polo -
[Fe3 ]
0,05
= 0,80+0,059log
= 0,74 V
2
0,5
[Fe ]
Fe2+ + 2 e-  Fe
E-= EFe2+/Fe= E°Fe2+/Fe +
0,059
0,059
log[Fe2+] = -0,44 +
log0,1= -0,47 V
2
2
Epila = E+- E-= 0,74-(-0,47)= 1,21 V
b) Pt (H2 p = 1,0 atm)  H2SO4 0,050 M  AgNO3 0,10 MAg
E°Ag+/Ag = 0,80 V
Polo + Ag+ + e-  Ag
E+= EAg+/Ag = E°Ag+/Ag + 0,059log[Ag+]= 0,8 + 0,059 log0,1= 0,74 V
Polo - 2 H3O+ + 2e-  H2 (g) + 2 H2O
E° H3O+/H2=
0
E-=
EH3O+/H2=
PH2=1,0 atm
[H3O+]=2cH2SO4= 2x0,05 = 0,1 M
[H 3 O  ]2
0,059
log
= 0,059log[H3O+]= 0,059 log0,1= -0,059 V
PH 2
2
Epila = E+- E-= 0,74-(-0,059)= 0,80 V
c) Pt (H2 p = 2,0 atm)  CH3COOH 0,10 M  AgCl(sol. satura) Ag
E°Ag+/Ag = 0,80 V Ka= 1,8 x10-5
Kps AgCl = 1,5 x10-10
Polo + Ag+ + e-  Ag
AgCl(s)  Ag+(aq) + Cl-(aq)
[Ag+] = [Cl-] = s
Kps = [Ag+][Cl-]=s2
[Ag+] = s = K ps = 1,7  10 10 =1,3x10-5 M
E+= EAg+/Ag = E°Ag+/Ag + 0,059log[Ag+]= 0,8 + 0,059 log (1,3x10-5)= 0,51 V
Polo - 2 H3O+ + 2e-  H2 (g) + 2 H2O
CH3COOH + H2O  CH3COO- + H3O+
c0-x  c0
x
x
[CH 3 COO  ][H 3 O  ] x 2
Ka 

[CH 3 COOH]
c0
E-=
EH3O+/H2=
PH2=2,0 atm
Ka>>10-3
E° H3O+/H2= 0
c0<<10-3M
[H3O+]= K a c 0  1,8  10 5  0,1  1,3  10 3 M
[H 3 O  ]2 0,059
(1,3  10 3 ) 2
0,059
log
=
log
= 0,059 log0,1= -0,15 V
2
2
2
PH 2
Epila = E+- E-= 0,51-(-0,15)= 0,66 V
d) SnSnCl2 0,10 M  K2Cr2O7 0,040 M; Cr2(SO4)3 0,050 M; H2SO4 0,40 M  Pt
E°Sn2+/Sn = -0,14 V
Cr2O72- + 6e- + 14 H3O+ 2 Cr3+ + 21H2O
Polo +
2-
[Cr2O7 ] = 0,04 M
E+ =
E° Cr2O72-/ Cr3+ = +1,33 V
E°Cr2O72-/ Cr3+
[H3O+] =2MH2SO4=2x0,4=0,80 M
[Cr3+] =2MCr2SO4=2 x 0,05= 0,10 M
[Cr2 O 72 ][H 3 O  ]14
0,04(0,4)14
0,059
0,059
+
log
= 1,33 +
log
= 1,32 V
6
6
(0,1) 2
[Cr 3 ]2
Polo - Sn2+ +2e-  Sn
E- = E°Sn/Sn2+ +
0,059
0,059
log [Sn2+] = -0,14 +
log 0,1 =-0,17 V
2
2
Epila = E+ - E- = 1,32 - (-0,17) = 1,49 V
e) Pt (H2 , P = 2,0 atm)  pH = 5,0  KCl 0,10 M(Cl2 P= 2,0 atm) Pt
E°Cl2/Cl- = +1,36 V
Polo +
(RT/F)x2,3= 0,059 V
Cl2+ 2e- 2 Cl-
E   E C0 l /Cl- 
2
Polo E-=EH3O+/H2=
2 H3O++ 2e-  H2+ 2 H2O
PCl2
0,059
0,059
2
log
 1,36 
log
 1,43V
 2
2
2
[Cl ]
(0,1) 2
[H3O+]=10-pH=10-5 M
[H 3 O  ]2
0,059
(10 -5 ) 2
0,059
log

log
 -0,286V
2
2
2
PH 2
Epila=E+-E-=1,43-(-0,286)= 1,716 V
f) Ni Ni(NO3)2 0,20 M  AgCl (sol. satura), NaCl 0,10 M  Ag
E°Ni2+/Ni =-0,25 V
Polo +
E°Ag+/Ag =0,80V
Kps AgCl= 1,6 x10-10
Ag+ +e- Ag
AgCl (s) Ag+(aq) + Cl-(aq)
[Cl-]=0,10 M
[Ag+] =
Kps= [Ag+][Cl-]
1,6  10 10
=1,6 x10-9 M
0,1
[Cl  ]
K ps
=
E   E 0Ag /Ag  0,059log[A g  ]  0,80  0,059log(1,6 10 9 )  0,28V
Polo -
Ni2+ +2 e- Ni
E   E 0Ni2 / Ni 
0,059
0,059
 log[ Ni 2 ]  0,25 
 log0,2  0,27V
2
2
Epila = E+-E-= 0,28-(-0,27) = 0,55 V
g) Pt (H2 P=1,0 atm) pH=5,0  KMnO4 0,10 M; MnSO4 0,010 M; pH=1,0  Pt
E°MnO4-/Mn2+ = +1,51 V
-
MnO4 + 5e- + 8 H3O+ Mn2+ + 12H2O
Polo +
E 
E 0MnO  /Mn 2
4
E 
[MnO4 ][H 3 O  ]8
0,059
0,059
0,1(0,1) 8

log
 1,51 
log
 1,43V
5
5
0,01
[Mn2 ]
2 H3O++ 2e-  H2+ 2 H2O
Polo -
[H3O+]=10-pH=10-1= 0,10 M
[H3O+]=10-pH=10-5 M
[H O  ]2 0,059
0,059
log 3

log(10 -5 ) 2  0,059log10 -5  -0,295V
2
PH2
2
Epila=E+-E-=1,43-(-0,295)= 1,72 V
4) Calcolare quale deve essere la concentrazione dello ione Ag+ perché la f.e.m. della pila sia pari a
zero, sapendo che E°Fe+3/Fe+2 = 0,74 V; E°Ag+/Ag = 0,80 V.
Pt | [Fe+3] =[Fe+2] = 0,10 M || [Ag+] = x | Ag
Polo + Ag+ +e-  Ag
E-  E 0Ag /Ag  0,059log[A g  ]
Polo - Fe3+ + e-  Fe2+
E+= E°Fe3+/Fe2+ +0,059log
Epila = 0  E+ =E-
E 0Ag /Ag  0,059log[A g  ] = E°Fe3+/Fe2+
+
log[Ag ]=
E 0Fe 3 / Fe 2  E 0Ag / Ag
0,059

0,74  0,8
 -10,1
0,059
[Fe3 ]
= E°Fe3+/Fe2+
[Fe 2 ]
([Fe3+]=[Fe2+])
[Ag+]=10-10,1=9,7x10-11 M
5) La forza elettromotrice della seguente pila a concentrazione:
Ag  AgBr (sol.
satura);
KBr 0,10 M  AgNO3 0,10 M  Ag
è pari a 0,605 V. Calcolare la solubilità ed il prodotto di solubilità del bromuro di argento.
E  E 0Ag /Ag  0,059  log[Ag  ]
Polo +, Polo- Ag+ +e-  Ag
0

0

Epila = E+ - E- = E Ag /Ag  0,059log[A g ]  (E Ag /Ag  0,059log[A g ] )  0,059 log
+
log[Ag ]-=
0,059 log[ Ag  ]  E pila
0,059
AgBr(s) Ag+(aq) + Br-(aq)

0,059 log 0,1  0,605
 -11,2
0,059
[Br-]=0,1 M
[Ag ]
[Ag ] -
[Ag+]=10-11,8=5,5x10-12 M
Kps= [Ag+][Br-]=5,5,4x10-12 x0,1= 5,5x10-13
6) La f.e.m. di una pila costituita da due elettrodi ad idrogeno di cui uno è immerso in una soluzione
tampone a pH 5 e l’altro in una soluzione incognita è pari a 0,085 V.
Pt (H2 p = 1,0 atm) pH = x  pH = 5,0  (H2 p = 1,0 atm) Pt
Determinare il pH della soluzione incognita.
Polo +, Polo- 2 H3O + 2e  H2+ 2 H2O E H3O /H 2
+
PH2+= PH2-=1 atm
-
[H 3 O  ]2
0,059

log
2
PH 2
E H O /H = 0,059log[H3O+]=0,059pH
3
2
Epila= E+ - E- = 0,059 (pH - - pH+) = 0,059 (x-5) =0,085 V pH - = x =
0,085
 5  6,44 V
0,059
7) A 25° C, la seguente pila ha una f.e.m. di 0,569 V:
Ni Ni2+ 0,250M  Cu2+ 0,050 MCu
Calcolare la costante di equilibrio della reazione di ossidoriduzione che si instaura in tale pila
(R = 0,0821 atm.l.K-1= 8,31 J .K-1 F= 96500 C) .
Polo +
Cu2+ + 2e-  Cu
ECu2+/Cu = E° Cu2+/Cu +
0,059
log[Cu2+]
2
0,059
log[Ni2+]
2
0
0,059
,
059
Epila= E+ - E- = ECu2+/Cu-ENi2+/Ni = E° Cu2+/Cu+
log[Cu2+] – E°Ni2+/Ni log[Ni2+]=
2
2
Polo -
=E°pila+
Ni2+ + 2e-  Ni
ENi2+/Ni = E°Ni2+/Ni +
0,059
0,059
0,059
[Cu 2 ]
[Cu 2 ]
 0,05 
log
=
E
log
=0,569log 
 =0,59V
pila  E°pila=Epila2
2
2
2
2
[ Ni ]
[ Ni ]
 0,25 
nFE°pila=RTlnK lnK=
nFE 0pila
RT

2  96500  0,59
= 45,98
8,31  298
K=e45,98= 9,3x1019